面对最复杂电网结构现阶段电网安全稳定运行面临哪些新的形势与挑战？-北极星输配电网

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近十几年来，美国、印度、巴西、欧洲等国家和地区相继发生了大面积停电事故，给社会和经济造成巨大损失。中国是全球电网输电规模最大、输电距离最远、电压等级最高的国家，重要负荷中心受电比例超过50%。如何预见未来电网可能发生的稳定风险，提前做好安全稳定控制措施，避免城市大停电事故，维护电网安全运营，是行业必须面临的重要问题。记者就此专访了国家科技进步奖一等奖获得者、中国电力科学研究院有限公司电网安全与节能国家重点实验室主任汤涌。

中国能源报：随着我国特高压、新能源发电的快速发展，交直流互联电网故障形态日趋复杂，作为电网行业资深专家，您如何看待我国电力系统稳定形态的复杂化？

汤涌：21世纪以来，国际上先后发生了15次大停电事故，给社会和经济带来了巨大的损失。例如：2003年北美互联电网大停电，受影响人口5000万，纽约地区停电29小时，直接经济损失300亿美元。2012年7月30日，印度电网也发生了大停电，受影响人口超过6亿，经济损失惨重。值得一提的是，我国电网大停电事故发生率由70年代末的年均19次降到近20年的0次，电网安全达到世界最高水平。

作为世界最大的发展中国家，我国无论是输电规模、输电距离还是电压等级均居世界第一。而远距离大容量输电、重要负荷中心大比例受电是我国电网的基本特征。这些重大停电事故发生在中国将会怎样？因此，如何保障关键输电断面安全运行，提升负荷中心动态电压支撑能力，避免大停电发生，对保障我国能源安全和国家安全极为重要。

随着我国特高压直流、新能源发电等电力电子型装备技术的快速发展，交直流互联电网故障形态日趋复杂，我国互联电网的系统性安全风险显著增大。主要体现在，一是故障连锁性突出，即局部故障逐渐转变为系统性连锁故障的可能性增大，交流N-1故障可能引发直流群、风机群巨大的有功、无功波动，交直流、直流间、源网间、一二次产生连锁反应，对送受端电网产生较大影响。例如，西北河西、宁夏直流群共6回直流向三华负荷中心送电，三华受端交流故障造成的直流群扰动，均会在联网通道上产生功率大幅波动，容易引发西北送端风机大规模连锁脱网，严重时可造成联网通道两侧电网功角失稳。二是高比例电力电子装备带来的稳定性问题更加复杂。与常规电源占主导的传统交流系统相比，海量微小的电力电子型电源群、直流群替代传统机组后，系统“宽频”稳定形态与传统的工频暂态、电压、动态稳定形态叠加，系统稳定特性更加复杂。

中国能源报：随着我国电网格局与电源结构的不断调整，您认为我国现阶段电网安全稳定运行面临哪些新的形势与挑战？

汤涌：我国电网已成为世界上电压等级最高、装机容量最大。电网结构最复杂的交直流互联电网。交直流互联电网广域耦合、多种变量交织、多种类型约束相互制约，不同控制量交互影响，运行控制难度极大。目前来说主要面临以下三个挑战。

一是电力系统认知难。随着高比例新能源接入、特高压电网的建设发展，未来电力系统的物理形态和运行特性发生显著变化，交流同步电网的基础理论、分析方法和技术手段需要拓展和突破，电网认知面临全新挑战。二是电力系统调节难。据悉，2035年新能源装机将达13.8亿千瓦，根据目前新能源实际运行特性，预计日最大功率波动可达6亿千瓦，是目前华东电网最大负荷的2倍，对电网实时平衡能力带来巨大挑战。三是电力系统控制难。半控型直流换流器放大了系统故障，一条直流故障可以造成几千万千瓦的有功功率冲击；海量电力电子元件和分布式新能源广泛接入，改变了潮流从电网到用户的单向流动模式，故障路径极其复杂，故障难以控制；电力电子元件大量应用导致电网短路容量大幅下降，频率与电压的控制难度大幅增加。

中国能源报：如何从构建综合防御体系来看待电网的安全水平？您认为保障电力系统安全稳定运行的重点是什么？

汤涌：对电网规划和运行而言，安全是永恒的主题。电网规划设计和调度运行要把电网安全放在首位，而要保障安全还得靠科学技术。

与很多其他学科领域的科学试验不一样，电网运行不能中断，不可能在实际电网中进行破坏性试验验证；互联电网规模巨大，不能实现物理模拟，只有通过仿真分析，才能掌握互联电网特性，验证理论分析和安全防御策略的准确性，为电网提供定量决策支持。因此，电网仿真分析广泛应用于电网运行、规划、安全防御等领域，是大电网的一项基础性支撑技术。未来，一是需要不断完善和提高电网仿真分析理论和技术，建立新一代电网仿真系统，实现交直流大电网全电磁暂态仿真；二是要将人工智能中的先进技术、思维与传统的仿真数据分析工作相结合实现大电网仿真分析的自动化和智能化，提高仿真分析精度、避免决策失误。我国电网面临复杂的自然环境，除了装备本身的故障以外，还会遭受雷击、台风、冰雪、地震、山火、地磁暴等外力对电网的冲击。为保证电网安全运行，必须构建坚强的电网综合安全防御体系，这是一个极其复杂的系统工程。今后需要研究能够有效地降低大面积停电风险的技术手段，建立广域资源协同、多时间尺度协调的大电网综合防御系统。

中国能源报：随着西北新能源基地集约化开发进程的推进，西北电网运行特性不断改变，如何解决西北电网的电压问题？

汤涌：近年来，西北电网新能源规模快速增长，目前新能源装机近9000万千瓦，新能源装机占比35%，新能源穿透率（新能源装机/用电负荷）已超100%，是我国区域电网中新能源装机及占比最大的地区，风电和光伏成为仅次于火电的第二、第三大电源。其中，甘肃、青海、宁夏的新能源穿透率均已超过130%（最大的青海为155%），与德国、丹麦等新能源富集国家相当。而传统的新能源场站几乎不参与电网电压控制和调整，这不仅造成了新能源接纳面临重重困难，也给西北电网带来了巨大的安全风险。比如，西北电网的电压问题，就是影响西北电网安全稳定的“导火索”，也是新能源消纳和直流送出的瓶颈。

推动新能源机组源网协调性能提升是解决新能源安全接纳的基础工作之一。随着西北新能源基地集约化开发进程的推进，相应电网要不断提升新能源送出电量。目前西北“河西”“宁夏”两大直流群，当直流受端发生换相失败故障后，将会导致西北送端风机暂态过电压脱网问题，受此约束，直流功率送出、风电外送均受到约束。目前对西北电压问题的解决办法有：一是加快西北地区风电1.3p.u.耐压能力改造工作，避免风机因直流换相失败脱网。二是增加送端换流站“调相机”配置，充分发挥“调相机”无功调节能力，立足于缓解大规模聚集型新能源送出基地与特高压直流间的耦合问题，以阻断连锁为目标，实现事故前、事故中及事故后的自律-协同全过程电压控制。

原标题：用科技编织电网安全防御体系

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